[科普中國(guó)]-水體下采煤技術(shù)

水體下采煤是指應(yīng)用在水體下的采煤技術(shù)。煤層采出后，采空區(qū)周?chē)膸r層發(fā)生位移、變形乃至破壞。煤層的上覆巖層根據(jù)變形和破壞的程度不同大體可分冒落、裂縫和彎曲三帶。在進(jìn)行水體下采煤時(shí)，必須保證煤層采出后所形成的導(dǎo)水裂縫帶不構(gòu)成水突入礦井的通道。

煤層上方的水體煤層上方的水體可以分為以下幾種：

1.地表水體如江河湖海、塘坑沼澤、水庫(kù)、灌渠、稻田以及由地下采礦引起的下沉盆地積水坑等。

2.第四紀(jì)、第三紀(jì)松散含水層水體如含水的砂層、砂礫層和礫石層等。

3.基巖含水層水體如砂巖、礫巖和石灰?guī)r含水層等。

4.其它水體如采空區(qū)積水等。

煤層采出后，采空區(qū)周?chē)膸r層發(fā)生位移、變形乃至破壞。煤層的上覆巖層根據(jù)變形和破壞的程度不同大體可分冒落、裂縫和彎曲三帶。從水體下采煤的需要出發(fā)，把裂縫帶分為連通的和非連通的兩部分。非連通部分位于裂縫帶的上部，其導(dǎo)水性能與煤層回采以前的差別不明顯；連通部分則不同，其導(dǎo)水性能較強(qiáng)。通常把冒落帶和裂縫帶的連通部分稱為導(dǎo)水裂縫帶。

導(dǎo)水裂縫帶的高度，在急傾斜煤層用采空區(qū)上邊界以上的垂向高度來(lái)表示；在緩傾斜等煤層則用煤層頂板的法向高度來(lái)表示。如果導(dǎo)水裂縫帶波及水體，則可導(dǎo)致水體的水流入或潰入礦井，直接威脅安全生產(chǎn)。因此，在進(jìn)行水體下采煤時(shí)，必須保證煤層采出后所形成的導(dǎo)水裂縫帶不構(gòu)成水突入礦井的通道1。

頂板管理和采煤方法與導(dǎo)水裂縫帶高度的關(guān)系頂板管理方法的選擇對(duì)控制導(dǎo)水裂縫帶高度是很重要的。采用陷落法管理頂板時(shí)，煤層上覆巖層會(huì)發(fā)生冒落、斷裂，形成一定高度的導(dǎo)水裂縫帶，但只要留有一定厚度的防水煤巖柱，實(shí)現(xiàn)安全采煤是可能的。采用陷落法，留設(shè)防水煤、巖柱的優(yōu)點(diǎn)是經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)便，無(wú)需特殊的設(shè)備和措施；缺點(diǎn)是造成一定量的煤炭損失。采用充填法管理頂板時(shí)，在一般情況下煤層頂板只發(fā)生斷裂，不形成冒落帶。因此，導(dǎo)水裂縫帶高度很小。采用充填法的優(yōu)點(diǎn)是可以提高回采上限，減少煤炭損失；缺點(diǎn)是生產(chǎn)工藝復(fù)雜，增加噸煤成本。

用房柱法、條帶法、刀柱法采煤時(shí)，導(dǎo)水裂縫帶的高度取決于留設(shè)煤柱的尺寸，采與留的比例，以及采空區(qū)的充填與否。如果所留煤柱能夠支撐上覆巖層，則導(dǎo)水裂縫帶的高度很小；反之，上覆巖層的破壞幾乎與陷落法管理頂板時(shí)一樣。

采煤方法的選擇對(duì)導(dǎo)水裂縫帶高度的影響在回采急傾斜煤層時(shí)較為明顯。有些采煤方法、如落垛式采煤法、倉(cāng)房式采煤法、掩護(hù)支架（沿傾斜下放）采煤法等，容易造成采空區(qū)上方煤柱的抽冒，導(dǎo)致導(dǎo)水裂縫帶高度的向上發(fā)展，嚴(yán)重時(shí)，甚至直接達(dá)到地表，形成塌陷漏斗。因此，對(duì)于急傾斜煤層，宜采用水平分層陷落法和偽傾斜柔性掩護(hù)支架（沿走向推進(jìn)）采煤法；而對(duì)緩傾斜煤層，則宜采用單一長(zhǎng)壁陷落法和傾斜分層陷落法2。

處理水體補(bǔ)給來(lái)源1.河流改道即把河流引向礦區(qū)或采區(qū)以外。河流改道牽涉面廣，投資大，必須結(jié)合各種因素綜合考慮。

2.地面防水在有厚度較大的粘性土層覆蓋的平原礦區(qū)，地面防水工作比較簡(jiǎn)單；在無(wú)粘性土層或較薄的粘性土層覆蓋的山地礦區(qū)和采深較淺的平原礦區(qū)，可以修建排水、疏水溝渠，砌筑堵水工程，充填裂縫；對(duì)低洼易澇礦區(qū)，必要時(shí)可設(shè)電力排澇站。

3.巷道截水在山地礦區(qū)，可以利用地勢(shì)高差大的特點(diǎn)，開(kāi)掘?qū)ｉT(mén)的疏水平硐，攔截上部水平的地下水，使礦井上部水平的水，經(jīng)平硐自流排出，不再下滲補(bǔ)給下部水平。

4.帷幕注漿堵水利用鉆孔將粘土、水泥等材料注入含水層中，形成地下的擋水帷幕，切斷地下水補(bǔ)給通道。此法宜用于含水層厚度較小、流量較大、水文地質(zhì)條件清楚、具有可靠的隔水邊界的地區(qū)。

斷層等地質(zhì)構(gòu)造對(duì)導(dǎo)水裂縫帶高度的影響地質(zhì)構(gòu)造對(duì)導(dǎo)水裂縫帶高度的影響是十分復(fù)雜的。就斷層而言，它的透水性主要決定于斷層性質(zhì)、斷層帶內(nèi)充填物膠結(jié)情況以及斷層面附近巖層的裂隙發(fā)育程度。當(dāng)斷層位于導(dǎo)水裂縫帶的下部時(shí)，裂高可能變化不大，但導(dǎo)水裂縫帶內(nèi)巖層的破壞程度和透水性可能加劇；當(dāng)斷層位于導(dǎo)水裂縫帶的上部和以外時(shí)，連通裂縫的范圍可能擴(kuò)大。但是無(wú)論何種情況，都必須注意斷層受采動(dòng)而引起的沿構(gòu)造面的錯(cuò)動(dòng)或滑動(dòng)，因?yàn)樗鼈兛赡艹蔀樗蝗刖碌耐ǖ?。因此，在有斷層、褶曲等?gòu)造的地區(qū)進(jìn)行水體下采煤時(shí)，務(wù)必事先調(diào)查、探清地質(zhì)構(gòu)造，慎重對(duì)待3。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

王強(qiáng) - 副教授 - 西南大學(xué)